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华裔科学新星张锋,如何开辟基因编辑王国

Wei 佰傲谷BioValley
2024-12-16

张锋是当今最为人所关注的华裔生物学家之一,因为在基因编辑领域的巨大成就,被视为诺贝尔奖的热门人选。他对基因编辑的主要贡献主要是基因修饰技术CRISPR-Cas9的发展和应用。

张锋在自然微生物CRISPR系统用于真核细胞(包括人类细胞)的基因编辑工具开发方面做出了探索,开发出CRISPR/Cas系统,提高了编辑基因的可靠性和效率。

2021年10月,张锋当选美国国家医学科学院院士。入选理由是:通过发现新型微生物酶和系统及其作为分子技术的发展(如光遗传学和CRISPR基因编辑),彻底改变了分子生物学,并推动研究和治疗人类疾病的能力实现变革性飞跃。

背景

在过去的数十年间,科学家们不断从自然界中“取材”,先后开发出了Cre-lox重组技术、锌指核酸内切酶(ZFN)技术、转录激活样效应核酸酶(TALENs)技术、CRISPR/Cas系统等工具。然而,现有的这些工具依然存在不够精准、编辑范围有限、难以递送等局限性,因此,科学界从未停止开发新基因编辑工具的脚步。

青年科学明星

张锋1982年出生于中国河北石家庄,父母都是计算机工程师,1993年11岁的他跟随父母移民美国爱荷华州。

1994年,张锋在学校的分子生物学课上观看了电影《侏罗纪公园》。老师发现他对恐龙和生物工程表现出极大的兴趣。于是这名老师给他在当地的人类基因研究机构找到了一份志愿者的工作,从此张锋每天放学都会到实验室参与一些分子生物学的工作。

当时实验室有个项目是,利用绿色荧光蛋白(GFP)能够吸收紫外线的原理,来制作防晒霜。张锋发现将GFP涂在一层DNA上确实可以防止紫外线损伤DNA。这让张锋对生物学有了更浓厚的兴趣。

兴趣是最好的老师,中学时期,张锋参加科研项目获得了Science Talent Search的第三名。这项科学比赛起源于1942年,获得这项奖项的人中有8名诺贝尔奖获得者。

为了打好基础,张锋大学时期没有选择自己擅长的分子生物学,而是考取了哈佛的化学及物理专业。在哈佛大学的本科学习期间,他受到庄小威的赏识,进入了她的实验室。庄小威是中科大少年班的神童,生物物理学家,美国国家科学院院士。张锋在这里获得了正式的学术训练。

2004年,张锋到斯坦福大学读研究生,碰到了卡尔·迪赛罗斯(Karl Deisseroth)。这位导师在研究一个新颖的课题——光遗传技术,是利用光学刺激和来自水藻的光敏感蛋白精密控制大脑神经元活动。光遗传研究让张锋开始成为科研界的新星,这也是张锋后期研究CRISPR系统,主要是神经系统方面的基础。

2011年,在斯坦福大学博士毕业后,张锋来到麻省理工学院,在麦戈文脑科学研究所大脑与认知科学部门和博德研究所从事科研工作。

CRISPR技术专利争夺

2012年8月,来自法国的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶与来自美国加州大学伯克利分校的珍妮弗·杜德娜,合作发表论文,证实细菌来源的 CRISPR 系统可以切割目标DNA,用于基因编辑。

2013年2月,博德研究所的张锋发表一篇论文,说其带领的实验团队,成功改造 CRISPR 系统,实现了在哺乳动物细胞(包括人类细胞)中的基因组编辑。

从2012年开始,张锋及所在的博德研究所就和加州大学伯克利分校开始了关于CRISPR基因编辑专利的纷争。

2012年5月25日,加州大学伯克利分校向美国专利与商标局提交了与CRISPR相关的专利申请。同年12月12日,张锋与博德研究所也向美国专利与商标局提交了申请,申请对象是在哺乳动物细胞的基因组上进行CRISPR-Cas9基因编辑这一方法。

2014年4月15日,美国专利与商标局将与CRISPR相关的第一项专利授予麻省理工学院和博德研究所。而不是加州大学伯克利分校。于是2015年4月,后者准备了充分的材料,要求美国专利与商标局重新审理CRISPR相关专利的归属。

2016年8月,一封来自张峰实验室前工作人员林帅亮倒戈的邮件被公开,让CRISPR的专利之争升级。

林帅亮的身份是北京大学、清华大学和北京生命科学研究所联合培养项目的博士生,经北京大学教授饶毅推荐,进入张峰实验室。2011年10月至2012月6月在张锋的实验室工作。2012年12月,张锋和博德研究所的CRISPR专利申请名单中,林帅亮在列。

2015年2月28日,正值林帅亮3月1日美国签证过期的前夕,林帅亮向杜德娜发送求职邮件,表示愿意提供更多关于博德研究所CRISPR实验的数据,并在3月2日,得到了加州大学旧金山分校的职位。

2022年2月,持续6年的CRISPR/Cas9的专利权争议,终于尘埃落定。美国专利商标局裁定,CRISPR-Cas9 基因编辑技术的专利属于麻省理工学院-哈佛大学博德研究所(Broad Institute)的张峰团队,而并不是加州大学伯克利分校珍妮弗·杜德娜团队。

但是外界有消息认为由于林帅亮事件的影响,让张锋和诺贝尔奖失之交臂。

基因编辑王国

张锋不仅在科研上硕果累累,在科研转化方面也是不可多得的人才,成立了多个生物技术公司。这些公司都围绕着CRISPR技术,不断拓宽着该技术应用的边界。

2013年,张锋创立了第一家基因编辑疗法公司 Editas Medicine,该公司担负着将其CRISPR技术商业化的责任。2016年Editas Medicine在美国成功上市。

Editas Medicine专注于通过CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12a两大基因组编辑系统开发治疗性药物。

2016年,张锋联合David Walt、David Scott及Winston Yan创办了Arbor,这家企业通过AI优化核酸酶,开发新的基因编辑器,并为疾病量身定制基因编辑系统。目前,Arbor开发了7种独有的基因编辑器,覆盖90%以上的基因组。还发现了60多种核酸酶家族和70多种CRISPR转座酶,分别是已有文献发表数量的6倍和30倍。

Beam Therapeutics是张锋的第二家上市公司,由张锋、David Liu、J. Keith Joung共同创立,该公司致力于通过其专有的单碱基编辑技术来创建一类新型的精密基因药物。

Sherlock Biosciences成立于2019年,创始团队包括张锋在内的9位科学家。这家公司可以说是CRISPR与合成生物学的跨界结合,其重心在于开发传染病和癌症的新一代DNA/RNA分子诊断技术。

Proof Diagnostics成立于2020年5月,是基于新冠疫情孵化的一家分子检测公司,研发基于CRISPR的COVID-19检测方法。

Pairwise Plants成立于2017年,总部位于美国北卡罗来纳州,致力于通过基因编辑技术,以新的方式利用农作物的自然多样性来应对全球粮食挑战,是一家农业创新型公司。

Aera Therapeutics成立于2021年,致力于解决基因编辑领域的一个长期挑战:体内递送。目前Aera Therapeutics已完成由 Arch 和 Google Ventures 提供的2亿美元融资。

凭借着众多专利,张锋的商业化进程还远远没有结束,而这场由他主导的基因编辑热潮还有更多的想象空间。

参考来源:

1.https://baike.baidu.com/link?url=9Ahrn7ONpK1yjPAS3JdteMGLAJnYpXqmjwgiQ4Ln5_US7_9--KWJTHhpaT0WqDT_IjL3wepufSKk2OFsschjdlm2X9YIkdACd_Zx6JuA8a

2.https://m.163.com/dy/article/HNLKO3IJ03Q32Z.html

3.https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0OTUwODU5Mg==&mid=2247772796&idx=1&sn=9bc9b810f6c43d90d660f4d85355d95c&chksm=e99e8de3dee904f52d02fb78a19ebd7d12861038d140244f7857f3211d1c6b9b6e9677aa808e&scene=2

4.https://www.gerenjianli.com/Mingren/44/gbo4okl945.html



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